Os Fundamentos da Física – volume 2
Dilatação térmica
A dilatação térmica, um dos efeitos da variação de temperatura, é o objeto de estudo desse
capítulo. Saliente que as conclusões obtidas para a variação das dimensões de um sistema com a
temperatura são sempre resultantes de um estudo experimental.
Outro aspecto a ser ressaltado é que a divisão entre dilatação linear, superficial e volumétrica é
puramente didática. Ao ocorrer variação de temperatura, todas as dimensões lineares do corpo
variam. Então, se considerarmos duas dimensões nesse corpo, falamos em dilatação superficial e,
se considerarmos as três, falamos em dilatação volumétrica.
Dilatação linear
Na apresentação da fórmula da lei de dilatação linear
∆L = L 0 α∆θ , saliente o aspecto específico
do coeficiente de dilatação α, mostrando que ele corresponde, numericamente, à dilatação que
sofre cada unidade de comprimento para cada grau Celsius de variação de temperatura. Mostre
que o fato de a unidade do coeficiente de dilatação ser o grau Celsius recíproco (°C-1) deriva
exatamente de ele expressar essa dilatação "unitária". Assim, dizer que o coeficiente de dilatação
é 0,000003 °C-1 nada mais é que dizer que ele vale 0,000003 cm/cm °C, isto é, está ocorrendo
uma dilatação linear de 0,000003 cm para cada cm de comprimento e para cada variação de 1°C
na temperatura.
Após a dedução da fórmula do comprimento final, enfatize os gráficos de dilatação, mostrando o
significado do coeficiente angular da reta representativa. Entre os exercícios, dê especial atenção
para os de gráfico (R.11 e P.26) e para a situação analisada nos exercícios R.12, P.27 e P.28.
Nessa altura, podem-se levantar as aplicações e conseqüências da dilatação térmica no dia-a-dia e
as maneiras de contornar seus efeitos quando inconveniente. É interessante, porém, antes de se
efetuar a leitura dos textos (páginas 35 e 37), que os próprios alunos apresentem seus
conhecimentos sobre o tema, indicando situações em que a dilatação é bem-vinda e outras em
que ela é indesejável.
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Dilatação superficial e volumétrica
No desenvolvimento das fórmulas das dilatações superficial e volumétrica, o professor deve
mostrar que elas derivam das variações das dimensões lineares do sistema. Não é importante que
o aluno saiba a dedução, mas que ele perceba que as três leis de dilatação seguem um mesmo
modelo básico: a variação da grandeza ( ∆ G) é diretamente proporcional ao valor inicial dessa
grandeza (G0) e à variação de temperatura ( ∆θ ). Sendo k o coeficiente de dilatação, pode-se
escrever:
∆ G = k G0 ∆θ
Destaque a correspondência entre os três coeficientes de dilatação, lembrando aos alunos que é
muito comum, nos exercícios, ser fornecido o coeficiente de dilatação linear do material, embora
se trate de uma dilatação superficial ou volumétrica. Nos exercícios R.13, P.29, R.15, P.31, P.33 e
P.35 fica bem evidente a necessidade do uso da conversão entre os coeficientes.
Nos exercícios R.14 (aumento da área de um orifício), P.30 (aumento da área interna de uma
anel), R.16 e P.34 (aumento do volume interno de um recipiente), a ênfase está no fato de uma
região oca dilatar-se como se fosse maciça.
Dilatação aparente
Ao tratar da dilatação térmica dos líquidos, destaque o conceito de dilatação aparente, que
decorre de a dilatação de um líquido ser estudada sempre estando o líquido contido num
recipiente sólido, que também se dilata durante a variação de temperatura.
Ressalte a relação entre os coeficientes de dilatação aparente e real do líquido e volumétrico do
recipiente, mediante os exercícios R.17, P.36 e P.37. Os exercícios R.18, R.19, P.38 e P.39 tratam
de situações especiais de dilatação de líquidos que merecem destaque.
Dilatação anômala da água
O comportamento particular da água quando sofre variação de temperatura no estado líquido deve
ser discutido em classe depois que os alunos já tenham lido o texto “O comportamento anômalo
da água” em “A Física em nosso Mundo”, página 51. É interessante inclusive que eles façam
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pesquisa sobre outros efeitos que a dilatação anômala da água pode provocar fora os que são
citados.
No caso de haver uma disponibilidade maior de aulas para o assunto, o professor poderá resolver
os exercícios propostos de recapitulação e os testes propostos. Se não for possível, as sugestões
para trabalhar com esse material são duas:
• Solicite como tarefa de casa e estipule uma data para entrega, utilizando pelo menos um dos
exercícios na avaliação correspondente.
• Agilize a resolução dos exercícios utilizando o CD. Caso a escola não disponha de sala
multimídia, transparências utilizando retroprojetor resolvem a situação.
No CD o aluno encontra a animação “Dilatação térmica” que analisa a dilatação de um furo
existente numa placa.
A atividade experimental “O anel de Gravezande” (página 54) pode ser realizada para comprovar
o fenômeno da dilatação térmica. Caso não disponha de tempo necessário, o professor pode
sugerir ao aluno a simples leitura da atividade e a análise das questões propostas.